Развитие конструкций локомотивов и вагонов

В 60-90-х годах прошлого столетия русские заводы строили товарные паровозы преимущественно трехосные типа 0-3-0 (Первая цифра колесной формулы (типа) указывает число передних (бегунковых) осей, вторая - сцепных (движущих), соединенных спарниками, и третья - число задних, поддерживающих осей.) и реже четырехосные типа 0-4-0; пассажирские паровозы строились по преимуществу трехосные типа 1-2-0 и в небольшом количестве четырехосные типа 2-2-0.

В 1868-1870 г., ко времени развития паровозостроения в России в больших масштабах, были выработаны первые технические условия, предусматривавшие установление рода работы проектируемого паровоза: его тип, число осей, число осей у тендера, наибольшее допускаемое давление на рельс от бандажей одной колесной пары. Паровозы делились на пассажирские, товарные и маневровые. Наибольшее давление от бандажей одной колесной пары на рельс в первых паровозах допускалось до 10 т, а в 70-х годах оно было повышено до 12,6 т.

Мощность товарных паровозов типа 0-3-0 и пассажирских типа 1-2-0 составляла 300-440 л. с.; вес в рабочем состоянии - 32-37 т; конструкционная скорость товарных паровозов - 40-45 км/час, пассажирских - до 80 км/час.

Котлы паровозов строились горизонтальные, цилиндрические, диаметром 1200-1400 мм, клепанные из листовой стали, со 160-180 дымогарными трубами, преимущественно латунными; топки коробчатого сечения, плоскостенные, изготовлялись из красной меди. Общая поверхность нагрева котлов составляла 85-133 м², площадь колосниковой решетки - 1,27-1,58 м². Котел снабжался двумя инжекторами. Максимальное давление пара в котлах 8-10 ат. Паровая машина - двухцилиндровая, одноступенчатого расширения - устанавливалась на раме паровоза; с каждой стороны снаружи рамы располагалось по одному чугунному цилиндру диаметром 394-460 мм, при длине хода поршня 553-620 мм. Золотники были плоские, коробчатого сечения, парораспределение внутреннее. Диаметр колес товарных паровозов 1200- 1418 мм, пассажирских - 1520-1728 мм; рессоры листовые. Паровозы снабжались прицепными тендерами для топлива и воды.

Несмотря на значительный импорт паровозов, русское паровозостроение шло своим самобытным путем, а не копировало заграничные конструкции. В 1875 г. Коломенский завод спроектировал товарный паровоз типа 0-3-0, который с небольшими изменениями строился и другими заводами (рис. 5). С 1869 по 1892 г. заводами и дорогами было разработано 32 варианта товарных паровозов типа 0-3-0.

5. Паровоз Коломенского завода

С 1874 г. Коломенский завод начал по собственным проектам строить и пассажирские паровозы. Паровозы постройки 1875 г. с топочной частью котла, расположенной сзади сцепных осей, и с топкой между осями (тип 1-2-0) имели диаметр ведущих колес 1224-1700 мм. В период 1869-1892 гг. строилось 13 вариантов пассажирских паровозов этого типа.

Нефть на паровозах в эти годы не употреблялась. Лишь после 1883 г., когда была сконструирована паровая форсунка для распыления жидкого топлива, отопление котлов нефтью получило широкое распространение.

Следует отметить, что в 80-х годах киевский инженер Ф. Р. Гешвенд, занимавшийся разработкой проектов реактивных двигателей для железнодорожного и воздушного транспорта, задолго до зарубежных ученых дал общее основание проекта применения реактивной работы пара к железнодорожным паровозам [40].

Первые четырехосные паровозы типа 0-4-0 строились Александровским заводом с 1858 г., т. е. значительно ранее, чем в западноевропейских странах. Однако выпуск их вскоре прекратился, и даже уже построенные паровозы были переделаны на трехосные. Объяснялось это тем, что на наших первых дорогах (кроме Петербурго-Московской) эксплуатировались импортные трехосные паровозы. Переход на четырехосные в то время еще не был выгодным, так как дороги не могли полностью использовать их мощность.

Одним из мероприятий по упорядочению паровозного хозяйства явилась попытка министерства путей сообщения нормализовать паровозный парк. При выборе наиболее универсального типа паровоза, который был бы экономически целесообразен для всей сети железных дорог, остановились на четырехосном товарном паровозе типа 0-4-0. Такой паровоз в необходимых случаях, и главным образом с точки зрения обороны, мог значительно увеличить пропускную способность железных дорог с меньшими дополнительными капиталовложениями. Паровоз типа 0-4-0, построенный Коломенским заводом в 1878 г., был назван "паровозом правительственного запаса". Эти локомотивы числились на особом учете, и все железные дороги обязаны были иметь их в определенном количестве и заказывать на русских заводах.

До 1890 г. на русских заводах было создано еще несколько конструкций четырехосных паровозов, которые по своим данным оказались более подходящими для эксплуатации на русских железных дорогах, чем импортные.

Бородин Александр Парфеньевич (1848-1898) Ученый в области железнодорожного транспорта. Окончил в 1870 г. Петербургский технологический институт, а в 1872 г.- Институт инженеров путей-сообщения. В 1879 г. впервые в России организовал на Юго-Западной железной дороге механические и химические лаборатории для исследования воды, топлива, смазочных масел и других материалов, применяемых службой подвижного-состава. В 1861 г. на базе Киевских мастерских Юго-Западной железной дороги создал первую в мире паровозную лабораторию. Труды Бородина получили широкое распространение за границей. Его работа по испытанию паровозов получила в 1886 г. золотую медаль Общества парижских гражданских инженеров. Общество английских инженеров-механиков признало опыты, проделанные Бородиным, самыми обширными и наиболее интенсивными. Один из основателей журнала 'Инженер' (1882), с 1885 г. - главный редактор. РТО учредило золотую медаль имени Бородина за лучшие изобретения и исследования в области железнодорожного транспорта.

Компаунд-машина (машина двойного действия, в которой пар, отработав в одном цилиндре, переходил в другой цилиндр большего диаметра) впервые в нашей стране была установлена на паровозе в 1882 г. в Киевских железнодорожных мастерских. Исследования показали, что при работе на паровозе она дает до 20% экономии в расходе пара по сравнению с машиной однократного расширения. Такие исследования были продолжены в 1885 г. по инициативе основоположника русской школы паровозостроения инженера А. П. Бородина в поездной работе на пассажирском паровозе типа 2-2-0 системы тандем-компаунд. Результаты испытания привели к тому, что железные дороги, в первую очередь частные, стали переделывать существующие паровозы и заказывать новые с машинами двойного расширения.

В 1890-1893 гг. Коломенский и Брянский заводы выпустили три новые конструкции товарных паровозов. За основу был принят "паровоз правительственного запаса". После ряда конструктивных улучшений он получил название "нормальный 1893 года", а затем "нормальный типа 1897 г." серии О^д. В 1912 г. он был модернизирован (серия О^в, тип 1901 г.). Сцепной вес паровоза достиг 58,2 т, давление пара - 12 ат, конструкционная скорость- 50 км/час.

Дальнейшее повышение мощности паровозов ограничивалось максимально допустимым давлением на рельс. Но так как замена легких рельсов более тяжелыми требовала больших капиталовложений, то при возрастании веса паровоза приходилось увеличивать число его осей.

В 1896 г. Владикавказская железная дорога спроектировала шестиосный товарный паровоз типа 1-4-0 с котлом, имевшим большую поверхность нагрева, и мощной двухцилиндровой компаунд-машиной. Эти локомотивы могли водить составы большего веса, чем паровозы серии О, причем давление от оси на рельс сохранялось в 13 т. В дальнейшем паровозы такого типа строились на Брянском и Харьковском заводах и получили серию Ц.

Усиление железнодорожного пути Владикавказской железной дороги, производившееся в 1901 г., позволило повысить давление от оси на рельс с 13 до 15 т, а в некоторых местах и до 17 т. Поэтому в 1902 г. Владикавказская железная дорога совместно с Брянским заводом построила мощный товарный компаунд-паровоз типа 1-4-0 серии Ш. В 1905 г. Харьковский завод запроектировал паровоз типа 1-4-0 серии Щ, а в 1906 г. начал его массовый выпуск. Конструкция паровоза серии Щ оказалась удачнее серии Ш Брянского завода.

В период наибольшего распространения компаунд-паровозов (1906-1909) Коломенский и Луганский заводы строили локомотивы не только для русских, но и для заграничных дорог.

Компаунд-машины нашли широкое распространение и в пассажирском паровозостроении. К числу пассажирских паровозов, широко используемых на наших дорогах, относится паровоз типа 1-3-0, сконструированный инженерами Николаевской железной дороги и Александровского завода и выпущенный серией Н^д в 1892 г. Диаметр движущих колес паровоза 1900 мм, давление на рельс доведено до 15 т и давление пара - до 12 ат. С небольшими конструктивными изменениями эти паровозы серий Н^д, Н^в, Н^у и Н^п строились и на других заводах. Они работали на дровах, угле и нефти почти на всех железных дорогах России до первой мировой войны.

В 1902 г. по инициативе инженера Е. Е. Нольтейна на пассажирском паровозе типа 2-3-0 серии Ж Коломенский завод в виде опыта установил в дымовой коробке пароперегреватель системы Шмидта, а компаунд-машину заменил машиной однократного расширения с цилиндрами диаметром 520 мм. Этот паровоз (ему присвоили серию 3) был первым в России, работавшим на перегретом паре. Так, ранее, чем в других странах, у нас началось применение перегретого пара на паровозах.

Опыт показал, что лучшие результаты достигаются перегревателем, помещенным в нескольких дымогарных трубах большого диаметра (впоследствии названных жаровыми трубами). Поэтому уже в 1904 г. Коломенский завод построил пассажирский паровоз серии 3 с перегревателем пара, расположенным в нескольких жаровых трубах. Диаметр цилиндров паровой машины при этом был увеличен до 540 мм, а площадь колосниковой решетки - с 2,22 до 2,34 м². Проведенные в 1907 г. поездные испытания товарных паровозов с пароперегревателями и такого же типа паровозов-компаунд без пароперегревателей показали, что перегрев пара дает выгоду, увеличивая силу тяги на 19% при почти одинаковом расходе топлива. Этим объясняется, что, начиная с 1907 г., заводы строили пассажирские и товарные паровозы с перегревателями пара и машинами однократного расширения. Русские инженеры разработали новые конструкции пароперегревателей, хотя наибольшее распространение получили пароперегреватели Шмидта.

Некоторые дороги начали создавать новые конструкции пассажирских и товарных паровозов с пароперегревателями. Удачным оказался сконструированный Московско-Казанской железной дорогой совместно с Коломенским заводом пассажирский паровоз серии К^у. Он имел двухцилиндровую машину однократного расширения с диаметром цилиндров 575 мм, ходом поршней 650 мм. Поверхность нагрева котла у этого паровоза 181 м², поверхность пароперегревателя 47 м², площадь колосниковой решетки 3,14 м², давление пара в котле 13 ат, диаметр ведущих колес 1900 мм, сцепной вес 48 т.

С введением перегрева пара плоские золотники паровой машины-были заменены цилиндрическими уравновешенными. На одном из паровозов с перегревом пара были поставлены в 1908 г. раздвижные золотники системы И. О. Трофимова, получившие в дальнейшем распространение на всех дорогах мира.

6. Схема паровоза Луганского завода

Чтобы не повышать давление на рельс, конструкторы увеличивали число сцепных колесных пар. В 1913 г. Владикавказская железная дорога и Луганский паровозостроительный завод совместно разработали и построили товарный паровоз с пятью спаренными осями типа 0-5-0 серии Э (рис. 6). Эти паровозы показали высокие эксплуатационные и экономические качества. Двухцилиндровая машина простого действия имела диаметр цилиндров 600-650 мм (в разных вариантах), ход поршня 700 мм. Паровой котел диаметром 1670 мм, с поверхностью нагрева 195 м² и давлением 12 ат был оборудован перегревателем пара (поверхность нагрева 52 м²), размещенным в жаровых трубах. Диаметр колес 1320 мм, сцепной вес 81,2 т. Несколько позднее в паровозах этой серии стали ставить взамен медной топки стальную, со стальными связями, что явилось большим новшеством в паровозостроении. Мощность этого локомотива на 25% превышала мощность паровоза серии Щ. Паровозы серии Э нашли большое распространение на русских железных дорогах. Они строились и после Октябрьской революции и были лучшими товарными паровозами, спроектированными в России.

Широкое распространение получил паровоз, сконструированный Владикавказской железной дорогой и построенный на Путиловском заводе в 1916 г. Этот паровоз типа 2-3-1 серии Л был самым мощным пассажирским локомотивом того времени. Он имел четырехцилиндровую паровую машину однократного расширения, диаметр цилиндров 460 мм и ход поршня 650 мм. Котел диаметром 1850 мм с давлением пара 12 ат, поверхностью нагрева 252 м², пароперегревателем площадью 85 м². Для котла были характерными длинные дымогарные и жаровые трубы (5850 мм), длинная дымовая коробка (2790 мм) и три инжектора для питания водой. Диаметр колес сцепных осей 1840 мм и передних бегунковых - 940 мм. При мощном паровом котле и малом сцепном весе (54 т) паровоз подходил для курьерских поездов.

Довольно распространенным пассажирским локомотивом того времени был паровоз Сормовского завода типа 1-3-1 серии С. Отличительная его особенность - расположение топочной части котла выше рамы, что обеспечивало возможность значительного расширения колосниковой решетки (если у паровоза серии Б площадь колосниковой решетки составила 2,8 м², то у паровоза серии С - 3,8 м ²). Давление пара в котле повышено до 13 ат. Большое количество таких паровозов было выпущено для колеи 1435 мм.

Первые десять бестендерных паровозов, так называемых танк-паровозов, строились в нашей стране в 1863-1870 гг. в Александровских мастерских Петербурго-Московской железной дороги из узлов трехосных паровозов.

Танк-паровозы, придя на смену конной тяге, широко использовались для внутризаводских перевозок, в угольной промышленности, а также в маневровой работе. Наибольшее распространение получил танк-паровоз 0-3-0 с боковыми и междурамными баками для воды постройки Коломенского завода. Его сцепной вес составлял 45 т, давление на рельс - 15т.

В 90-х годах Коломенский завод построил для обслуживания пригородного движения танк-паровоз с конденсацией пара. Это явилось первой в России попыткой применить конденсацию отработанного пара для сокращения расхода воды и топлива. Часть отработанного пара из цилиндров паровой машины направлялась в трубчатый конденсатор, помещенный на крыше паровоза. Из конденсатора вода самотеком поступала в бак, откуда расходовалась для питания котла (Танк-паровозы этого типа строились и для городского трамвайного движения.).

Первые в нашей стране узкоколейные паровозы построены в 1882 г. Мальцевским заводом. Они были танк-паровозами типа 0-3-0 с тремя спаренными осями, давление на рельс 6 т, работали на угольном топливе.

В зависимости от числа осей узкоколейные паровозы строились с двумя спаренными осями типа 0-2-0; с тремя - 0-3-0, 1-3-0, 0-3-1 и 1-3-1; четырьмя - 0-4-0 и шестью - 0-3-0 - 0-3-0. В 1914 г. Коломенский завод построил первый узкоколейный паровоз с пароперегревателем и давлением на рельс до 10 т.

Пионером вагоностроения в России (равно как и паровозостроения) был Александровский завод. Первые товарные вагоны его производства были четырехосные, с двумя двухосными тележками. Грузоподъемность крытого вагона составляла 8,2 т, вес тары - 7,2 т, длина кузова по раме - 7990 мм, высота внутри- 1785 мм. Строились и четырехосные платформы грузоподъемностью 10 т при таре 4 т. Для Петербурго-Варшавской железной дороги вагонный парк был импортирован из западноевропейских стран. Это были двухосные вагоны с четырьмя упругими буферами, с центральной винтовой упругой сцепкой.

Сопоставление четырехосных вагонов отечественной постройки с двухосными европейского типа показало, что в тот период двухосные вагоны имели преимущество перед четырехосными: соотношение веса тары к подъемной силе у двухосного вагона составляло в среднем 0,79, а у четырехосного - 0,95. В дальнейшем в нашей стране были приняты лишь двухосные товарные вагоны.

В первый период развития вагоностроения в России наблюдалось большое разнообразие конструкций и габаритов, что усложняло эксплуатацию не только для общей сети дорог, но даже в пределах одной дороги. Для упорядочения этого дела министерство путей сообщения в 1875 г. обязало дороги и заводы строить крытые товарные вагоны с внутренними размерами кузова длиной 6400 мм и шириной 2743 мм, грузоподъемностью 10 т; тара тормозного вагона была 6,7 т, нетормозного - 6,2 т. Они получили наименование вагонов с кузовом "нормальных размеров". Кроме крытых товарных вагонов, платформ и полувагонов в эти годы заводы и мастерские начали выпуск вагонов специального назначения: для перевозки крупного рогатого скота (1860), живой рыбы с водяными резервуарами (1869), пожарные вагоны с инструментами и обозами для перевозки воды (1870), а также железные вагоны для особо опасных грузов (1872), вагоны-бани (1874), вагоны-ледники (1895), платформы для перевозки баллонов с газом (1900) и др. В 1892 г. в законодательном порядке были установлены единые типы "нормальных" крытых товарных вагонов (рис. 7) и платформ грузоподъемностью 12,5 т, причем каждый из пяти строящихся вагонов назначался с тормозами.

7. Нормальный крытый товарный вагон (схема)

В 1911 г. грузоподъемность двухосного товарного вагона была повышена до 16,5 т с соответствующим усилением рессор и ходовых частей.

В 1883 г. инженер А. К. Константинов сконструировал буксу с механической смазывающей щеткой. Однако она в то время не получила большого распространения. На железных дорогах других стран сходная с русской букса появилась несколько десятков лет позднее, и русское изобретение получило распространение под иностранным названием "польстера".

Для массовых перевозок людей нормальный крытый вагон был утеплен и снабжен двумя обшивками с проложенным между ними войлоком. Пол вагона имел два настила, промежуток между ними заполнялся опилками. Эти вагоны получили название теплушек.

Конструкция русского нормального типа товарного двухосного вагона была хорошо отработана и для того времени была совершенной в эксплуатационном и техническом отношении. Однако с течением времени двухосный вагон стал тормозом на пути увеличения грузооборота железных дорог. Становились очевидными преимущества большегрузных четырехосных вагонов, к проектированию которых и приступили на заводах. За период 1895-1915 гг. были построены большегрузные вагоны 15 различных типов. Больше всего строилось полувагонов, цистерн и крытых вагонов. Ширина и высота кузова большегрузного крытого вагона принимались обычно такими же, как и у нормального вагона; длина кузова была различной - от 11,6 до 14,0 м.

В 1908 г. в вагонах стали применять рамы с так называемыми хребтовыми балками и легкими наружными обвязочными брусьями, получившие в дальнейшем самое широкое распространение. В связи с усилением рамы и кузова грузоподъемность вагонов была повышена с 25-30 до 37,5 и даже до 50 т. Наибольшее распространение получили большегрузные вагоны с двумя двухосными, так называемыми диагональными тележками конструкции 1902 г.

Первая большегрузная цистерна (25 т) была построена в нашей стране в 1895 г., а три года спустя стали строить цистерны грузоподъемностью 33 т.

До Октябрьской революции почти весь парк товарных вагонов составляли двухосные. Их общее число достигало в 1880 г. - 109 550 штук, в 1890 г. - 141 898, в 1900 г. - 260 157 и в 1917 г. - 568 989 штук.

Первые пассажирские вагоны (как и товарные) были построены на Александровском заводе. Это были четырехосные вагоны, на двух двухосных тележках с центральной однобуферной сцепкой. Деревянный кузов длиной 17 м, высотой (внутри) 2 м покоился на деревянных продольных брусьях - швеллерах, усиленных шпренгелями. Вес вагона 22 т. Вагоны III класса имели сквозной проход, по бокам которого располагались парные жесткие скамейки; всего было 90 мест для сидения. Вагоны II класса - таких же размеров и конструкции, но имели мягкие (пружинные) диваны со спинками, обитыми сукном, и были рассчитаны на 52 места для сидения. Вагоны I класса имели 14 мягких диванов на 28 мест для сидения или на 14 мест для лежания.

В 1850 г. на том же Александровском заводе были построены два вагона длиной по 25 м, весом 45 т, имевших каждый по две четырехосные тележки. Эти комфортабельные служебные вагоны имели сухое отопление, уборные, умывальные и вентиляторы. В том же году завод приступил к постройке почтовых, багажных и арестантских вагонов. Импортные пассажирские вагоны из Германии и Франции были в отличие от вагонов русской постройки трехосные, длиной 9-10 м, с деревянным кузовом, без отапливаемых уборных и умывальных. Входные двери их располагались в продольных стенках с обеих сторон и отворялись наружу. Вес их составлял 9-11 т.

В ходе эксплуатации вагонов отечественной и заграничной постройки были разработаны требования к пассажирским вагонам, эксплуатируемым на русских железных дорогах. Требования касались кузова вагона, оконных рам, входных дверей, отопления, освещения, вентиляции и уборной. В результате к 1868 г. все вагоны при очередном ремонте подверглись переделке с устройством сухого печного отопления и уборных.

Еще ранее, в 1865 г., на Александровском заводе инженер К. И. Рехневский впервые сконструировал тележки с двойным подвешиванием на листовых рессорах, чем достигался плавный ход вагона. Такими тележками были снабжены многие пассажирские вагоны Николаевской железной дороги.

В 1865-1880 гг. в нашей стране было разработано много конструкций пассажирских вагонов - двух- и трехосные, с деревянными рамами и кузовами. Но в отличие от вагонов зарубежного производства входные двери устраивались со стороны крытых тамбуров (вместо открытых торцевых). Началась установка водяного отопления в мягких вагонах и печного во всех жестких. Первый вагон, оборудованный паровым отоплением, построен в 1866 г. Ковровскими мастерскими; здесь же была разработана конструкция водяного отопления. Вагоны оборудовались уборными. На крыше вагона устанавливались вытяжные флюгарки, вводилось газовое освещение.

В 1877 г. был построен жесткий четырехосный вагон на деревянных брусьях, рассчитанный на 64 дневных и 28 спальных мест. Эксплуатация этих вагонов выявила ряд их преимуществ, а потому в дальнейшем они получили большое распространение.

В 1896 г. Ковровские мастерские заново перестроили и поставили на железные швеллерные брусья четырехосный мягкий пассажирский вагон постройки 1862 г. Длина вагона по раме составляла 18 м, отсюда его название - восемнадцатиметровый. Вагон этого типа, строившийся в дальнейшем как стандартный, имел высоту (внутри) до потолка 2,65 м и ширину (снаружи) 3 м. В течение ряда последующих лет по типу этого вагона строились новые пассажирские вагоны для наших железных дорог; при этом вагоны III класса выпуска 1910-1911 гг. длиной 18 м на двухосных тележках имели по 56 дневных или 42 спальных места при весе тары 18 т; мягкие же вагоны имели 24 спальных места.

Электрическим освещением при напряжении 15 В впервые в 1887 г. были оборудованы вагоны курьерского поезда на юго-западных железных дорогах. Динамомашины приводились в движение от оси вагона; аккумуляторная батарея была емкостью от 75 до 180 А/час.

Сооружение железной дороги через Сибирь облегчило переселенческое движение. Появился сибирский тип вагона, сначала двухосный, длиной 12 м, на 40 мест, затем четырехосный на двух тележках, длиной 20 м, на 81 место для сидения. Для увеличения вместимости вагонов IV класса было построено некоторое количество двухэтажных вагонов на 106 мест для сидения. Кузов такого вагона длиной 20 м покоился на двух двухосных тележках.

Интересна конструкция четырехосного вагона I класса Владикавказской железной дороги постройки 1910 г.: вагон длиной 18 м имел семь купе по 4 места и вместо швеллеров - жесткий раскосной системы кузов, нижняя часть которого до высоты окон была обшита продольными железными листами, а верхняя - обычными обшивочными. Тележки имели штампованные листовые рамы с тройной подвеской кузова на спиральных и листовых рессорах. Это были первые попытки создать несущий кузов вагона.

8. Четырехосный вагон 1-го класса

С 1895 по 1917 г. были разработаны пассажирские вагоны нескольких типов, которые в течение длительного времени являлись образцами русского вагоностроения (рис. 8). В эти годы русские инженеры предпринимали попытки создать вагон с искусственным климатом: в 1902 г. на Средне-Азиатской дороге было осуществлено охлаждение поступающего в вагон воздуха, а в 1915 г. Киевские мастерские построили вагон-ресторан, воздух в котором очищался от пыли и охлаждался (летом), либо подогревался (зимой) до определенной температуры.

Возможность увеличения веса поездов и мощностей паровозов в нашей стране долгое время лимитировалась особенностями сцепных приборов. В США этот вопрос был разрешен в последней четверти XIX в, путем перехода на автосцепку.

В первые годы развития железнодорожного транспорта во всех странах применялась центральная однобуферная сцепка, замененная в 1860 г. сцепкой упругой, винтовой с боковыми упругими буферами, воспринимающими сжимающие усилия; по бокам сцепки имелись две запасные цепи с крюками на случай обрыва.

Увеличение мощности паровозов и веса поездов привело к усилению сцепки (упряжки). С 1892 г. начали устанавливать так называемую нормальную винтовую упряжь, с расчетным усилением на крюке до 12 т. С 1905 г. нормальная стяжка стала заменяться усиленной, а с 1912 г. - так называемой объединенной стяжкой, допускающей тяговое усилие на крюке тендера 16 т. Усиление винтовой стяжки позволило с 1910 г. упразднить установку на вагоны запасных цепей.

Вопрос об автоматической сцепке (автосцепке) подвижного состава русских железных дорог возник впервые в 1898 г., когда начальник ст. Невинномысск Владикавказской железной дороги А. П. Понятовский сконструировал сцепку, действующую с помощью рукоятки, расположенной снаружи продольной стенки вагона. В 1901 г. Е. В. Пиотровский запатентовал вагонную автоматическую стяжку, производившую сцепление вагонов автоматически, а расцепку, как у системы Понятовского, с помощью рычага, установленного сбоку вагона [41]. Проведенные в 1902-1903 гг. испытания на Московско-Виндавской и других железных дорогах (30 вагонов, оборудованных автоматической стяжкой, прошли около 4 тыс. км) дали хорошие результаты. Эта автоматическая стяжка была запатентована в пяти государствах.

В 1906 г. Московско-Казанская железная дорога оборудовала в опытном порядке автосцепкой несколько паровозов и 250 пассажирских вагонов.

В 1915 г. техник Ф. П. Гаранкин предложил оригинальную конструкцию автосцепки и получил патенты в России, Франции и Англии. Испытания на Боржомской ветке Закавказской железной дороги показали ее превосходство над лучшими образцами заграничных автосцепок. Однако, как и многие другие изобретения, автосцепка Гаранкина распространения не получила, и перевод железнодорожного подвижного состава с винтовой сцепки на автоматическую так и не был решен.

В первой половине XIX в. на подвижном составе русских железных дорог применялись исключительно ручные тормоза. Увеличение веса и скорости движения поездов, особенно пассажирских, требовало совершенствования тормозных устройств и создания тормоза, управляемого с паровоза.

Первый патент на воздушный неавтоматический тормоз был заявлен русским инженером Мартином в 1859 г., а в 1872 г. инженеры Путиловского завода Матвеев и Сазонов сконструировали самодействующий механический тормоз. Тормозные передачи вагонов были объединены между собой и паровозом в одну систему, и при разрыве поезда тормоза приводились в действие автоматически.

Несмотря на то что русские инженеры предлагали свои конструкции воздушных тормозов, чиновники из министерства путей сообщения ставили на пассажирских составах тормоза американской системы Вестингауза, и первый пассажирский паровоз серии К в 1878 г. был оборудован тормозом этой конструкции.

Вопрос об автоматических тормозах товарных поездов возник в 1897 г., а в следующем году на Николаевской железной дороге были проведены сравнительные испытания тормозов конструкции инженера О. О. Липковского и фирмы Вестингауз. Длительные годовые испытания показали несомненные преимущества тормоза Липковского. Наряду с большей простотой устройства русский тормоз расходовал воздуха на 60-70% меньше, чем тормоз Вестингауза. Поэтому уже в 1898 г. тормоз Липковского получил применение на французских железных дорогах, а в 1900 г. изобретатель был премирован двумя золотыми медалями на Всемирной выставке в Париже.

К концу XIX в. в России были разработаны не только новые конструкции тормозов, но также и теория тормозных процессов. В 1878 г. был опубликован труд профессора Н. П. Петрова "О непрерывных тормозных системах" - первое теоретическое исследование в области определения коэффициента трения тормозной колодки о бандаж, а также коэффициента нажатия колодки. Автор по результатам опытных определений ряда систем тормозов дал методику их расчета, вывел уравнения движения заторможенных и незаторможенных колес и центра тяжести заторможенного поезда. Этот классический труд, переведенный на многие иностранные языки, не потерял своего значения до настоящего времени.

В 1880 г. в России ранее, чем в любой другой стране, были изданы инструкции по осмотру, испытанию, приемке и сдаче поездных тормозов.

В 90-х годах инженер Л. М. Леви провел большие исследования в целях усовершенствования рычажных передач и определения силы нажатия тормозной колодки, о чем он докладывал в 1894 г. XVI съезду инженеров службы тяги.

В 1913 г. в Томске вышла работа инженера С. П. Гоммели о тормозных колодках [42]. Автор пришел к выводу о необходимости автоматического регулирования рычажной передачи вследствие износа тормозных колодок и привел рекомендации, направленные на уменьшение влияния износа тормозных колодок на режимы торможения.

Эта работа - одна из первых в области автоматического регулирования тормозных устройств.

Несмотря на противодействие со стороны иностранных фирм, русские изобретатели все же добились признания их патентов на конструкцию тормозов. Инженеры А. А. Холодковский и В. И. Воронянский получили в 1900 г. патент на две системы воздушных автоматических тормозов, а в 1901 г. был выдан патент на кран машиниста. В 1909 г. машинист Ф. П. Казанцев (депо Челкар Ташкентской железной дороги) изобрел двухпроводный воздушный тормоз для пассажирских поездов.

Несмотря на вполне удовлетворительные результаты испытаний, тормоз системы Казанцева до революции не получил признания. По-прежнему пассажирские вагоны оборудовались автоматическими тормозами Вестингауза, товарные же вагоны имели исключительно ручные тормоза.

Повышение в 70-х годах XIX в. скоростей движения товарных поездов с 8-10 до 16-20 км/час способствовало увеличению протяженности тяговых плеч для товарных паровозов с 80 до 110-130 км и для пассажирских до 220-250 км. Эксплуатация паровозов с трехосными тендерами позволила увеличить интервалы между пунктами набора воды с 15-20 до 50-60 км.

9. Поперечные разрезы прямоугольных депо

Паровозные депо первых железных дорог строились круглого типа с внутренним поворотным кругом, а с 70-х годов их заменили депо прямоугольного типа с двумя-четырьмя колеями и установкой на каждом пути двух-четырех паровозов (рис. 9). Некоторые дороги строили более выгодные в эксплуатации депо веерного типа, радиусом 45-70 м, с уравновешенным поворотным кругом, служившим для поворота паровоза, помещаемого в депо. В 1903 г. на Рязано-Уральской железной дороге впервые было построено прямоугольно-ступенчатое депо, а в 1910 г. - первое веерное депо большого радиуса без поворотного круга, с выходом путей из здания непосредственно на стрелочную улицу. На рис. 10 показан вид железнодорожной станции и депо того времени.

10. Вид железнодорожной станции и депо

До 70-х годов экипировка паровозов производилась вручную и занимала 4-5 час. Механизация подачи угля была впервые осуществлена в 1873 г. на юго-западных железных дорогах с помощью ручного крана "журавля" и бадьи в 120-160 кг. Благодаря этому простои паровозов под набором топлива значительно сократились. Более совершенный способ загрузки паровоза углем с эстакады впервые применен в 1879 г. на тех же дорогах, а, начиная с 1880 г., на Московско-Брестской дороге применялись передвижные углеподъемные краны грузоподъемностью 1,1 т. Установленный в 1881 г. на Московско-Курской железной дороге углеподъемный кран имел грузоподъемность 1,25т.

Одно из крупнейших депо в железнодорожной сети России - паровозное депо Москва-Сортировочная было основано в 1909 г.